光學與照明

零件計數:照明與 ROI 邊界

選擇能保持零件分離的對比度,排除料盤上的結構特徵,並規定壓在邊界上的零件在計數中如何處理。

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零件計數:照明與 ROI 邊界
工程說明圖,不是照片,也不是實測結果。

檢測任務

計數遮罩必須保留每個零件,又不能把料盤的肋條變成零件。要將用於呈現不透光零件輪廓的背光,與料盤無法透光時採用的漫射頂光加以比較。ROI 應設在所有有效零件輪廓之外,同時要明確規定零件越過其邊界時如何處理。隨意裁剪可能在料盤中的實物沒有變化的情況下改變計數。

前置條件與樣品對照

寫明預期數量,以及怎樣才算一個實際零件。準備裝料正確、少料和零件相互接觸的樣品,並備好獨立清點得出的答案。基線方案統計的是相互分離的連通區域,而不是被遮擋的物體。一個連通區域可能包含多個相互接觸的零件,而單一反光零件也可能裂成多個區域。選定計數閾值之前,要把這些侷限寫進樣品定義。

選擇相機方案

整個料盤能完整納入一次觸發的單一影格時,使用面陣相機。為獲得輪廓對比度選用黑白相機,僅在確有顏色要求時才選用彩色相機。送料過程中存在移動時,需要經過驗證的全域快門時序,或採用料盤已穩定的取像位置。線陣方案需要透過移動重建影像,用在靜止的料盤上並不會自動更好。

執行受控流程

比較照明佈置時,使用同一批原始零件,並固定相機、曝光和鏡頭位置。在原始影像座標中確定感興趣區域(ROI),並涵蓋所有允許的裝料位置。裁剪可以去掉無關的背景,但無法找回看不見的目標。接受更小的 ROI 之前,先檢查完整影像,治具或零件可能移動時尤其如此。

  1. 在兩種可採用的照明幾何佈置下,擷取同一料盤的影像。
  2. 檢查二值遮罩中的亮孔和暗色橋接。
  3. 將一個零件跨放在每條 ROI 邊界上,作為失敗對照。
  4. 先凍結照明和 ROI,再調整零件面積篩選。

流程圖

先檢查完整影像,再做 ROI 和面積篩選。在統計區域之前,照明應先保證可見的分離。

  1. 完整影像
  2. 照明控制
  3. ROI
  4. 可見目標
工程說明圖,不是照片,也不是實測結果。
查看原尺寸示意圖

記錄佐證

針對每種佈置,記錄可計數區域、被排除的料盤區域和越界標記。在所述的 3 個零件範例中,實物預期數量始終保持為 3。如果遮罩計數裡算入了一根肋條、又漏掉一個零件,那麼計數為 3 也不能說明問題。

按實際零件個體而不是最終總數來建立遮罩核查。用單獨的標註圖層在原始影像上標出各個實際零件,然後把每個可計數的遮罩區域對應到其中一個零件。若一個區域橫跨多個標註,記為合併;若多個區域對應同一個零件,記為拆分。僅屬於料盤的區域,單獨歸為一類偽影。對每種照明佈置重複這一對應過程,料盤中的實物保持不變。總數正確時,其中也可能包含一處合併和一處多出的偽影,二者在數值上相互抵消,所以核查必須解釋每一個區域的貢獻。除了外輪廓,還要檢查內部孔洞和細小的尖端。會使間隙閉合、或產生破碎反光的照明佈置,應予否決,或在接受任何計數規則之前明確限定其適用範圍。

範例記錄表;請填入自己的結果。
對照項應觀察內容判定界限
N3:3 個分離零件本例預期 3 個可計數區域與獨立的實物計數比對
N2:2 個分離零件本例預期 2 個可計數區域少料;不要改動預期的 3
T3:3 個相互接觸的零件區域數可能不等於 3複核;連通區域並不等於實際物體

診斷失敗案例

閉運算可能把相互接觸的零件連起來;開運算可能抹掉小零件,或使細小特徵斷裂。對每個擬採用的核,都要檢查處理前後的遮罩。不要僅僅因為某項形態學改動使最終計數碰巧符合預期,就接受它。

故障隔離

對比被拆分的零件、被連在一起的零件和料盤前景。總數吻合並不能證明各個區域都正確。

  1. 分離
  2. 相連
  3. 拆分
  4. 料盤特徵
工程說明圖,不是照片,也不是實測結果。
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獨立驗證

每次試驗只改變一個照明變數:幾何佈置、強度或環境遮光。在改動判定閾值之前,先比較原始影像的對比度、像素飽和程度和得到的遮罩。成功和不成功的佈置都要儲存。有用的選擇,是在允許的變化範圍內能把相關類別分開的那一種,而不是讓某一個樣品看起來很漂亮的那一種。

在料盤的每個位置,驗證相互獨立分離的小零件和大零件。邊界處被截斷的情形,應當作為複核或明確規定的裝料失敗處理;絕不能憑假設去數一個看不見的剩餘部分。

要有意識地測試區域邊界。移動一個有效的分離零件,讓它的輪廓越過 ROI 邊界,料盤上的其餘部分保持不變。觀察處理流程是把這個殘缺區域計入、捨棄,還是標記為待複核,並把該行為與所聲明的裝料規定相比較。再把零件完全移回內部,確認在不改動閾值的情況下能恢復正常。然後在另一條邊上重複邊界測試,並檢查原始座標的映射。不要假定相對裁剪圖的邊界標記,在縮放或旋轉之後含義不變。若有人提出採用形態學濾波,應讓邊界對照樣品和相互接觸的對照樣品,在未改動和改動後的兩種遮罩上各跑一遍。要接受這個濾波,必須做到預期的零件個體對應關係得以保持,並對零件看不全的情形有明確處理,而不僅僅是總數更好看。把選定的照明、ROI 和操作順序一併儲存。

繼續工程交接

請提供照明佈置、ROI 座標、原始影格和遮罩以供審查。在選用 Deyi Vision 的照明和光學部件之前,先說明任務需要的是輪廓還是頂面特徵。不要在不聲明的情況下改變裁剪尺寸;任何座標或比例換算,都必須明確體現在儲存的工作流程中。

將原始影像與對應的結果紀錄一併儲存。

來源與技術參考資料

這些資料說明本教學所用方法的依據與適用範圍。文中的檢查範例僅供參考;量產驗收需要用你自己的樣品取得佐證。

  1. Machine vision lighting basicsDeyi Vision查核於
  2. Image thresholdingOpenCV查核於

工程評估

把檢測問題與佐證資料一併寄來。

請提供樣品影像、目前的方案,以及未通過的檢查項目;並註明視野、工作距離、線速度與驗收標準,方便做出切實可行的評估。

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